Sektion 1.3: Erdsystem-Modellierung

Die vielfältigen geodätischen und geophysikalischen Messungen von Satelliten, Flugzeugen und vom Erdboden aus enthalten umfangreiche Informationen über das System Erde. Sie sind aber lediglich eine Momentaufnahme des dynamischen Zustandes unseres Planeten. Weil diese Messungen stets die Wirkung vieler verschiedener, gleichzeitig ablaufender Prozesse wiedergeben, sind zu ihrer Interpretation Verfahren aus Theorie und Modellbildung notwendig. Dies ist der Schwerpunkt der Arbeit in der Sektion 1.3. Wir konzentrieren uns auf die Modellierung von Massen-, Impuls- und Energietransportprozessen im Erdsystem. Dazu gehören die Simulation der statischen und zeitvariablen Erdschwere- und Magnetfelder, der Deformationen der Erdoberfläche, der Änderungen des Meeresspiegels und der Schwankungen der Erdrotation.

Viele dynamische Vorgänge haben einen Einfluss auf die mit geodätischen Verfahren messbaren Größen wie Erdfigur, Gravitationsfeld und die Orientierung der Erde im Raum. Die Ursachen dieser Variationen finden sich in allen Teilen des Systems Erde, von der hohen Atmosphäre bis in den Erdkern. Mit numerischen Simulationen versuchen wir nicht nur, diese Einflüsse zu identifizieren. Wir ziehen auch aus konkret gemessenen Änderungen Rückschlüsse auf die dynamischen Vorgänge. Dazu modellieren wir beispielsweise, wie sich Veränderungen in den großräumigen Windsystemen der Atmosphäre, in den Strömungen der Ozeane aber auch in den Wasservorkommen auf den Kontinenten auf die Erddrehung auswirken. Wir untersuchen, wie die Erdkruste viskoelastisch auf Änderungen kontinentaler Eismassen  und die daraus folgenden Schwankungen des Meeresspiegels reagiert. Eine solche glazial isostatische Anpassung auf den verminderten Druck des Eises lässt sich im Unterschied zu kurzfristigen elastischen Verformungen noch Jahrtausende nach dem Rückzug des Eises messen. Außerdem modellieren wir, wie Variationen und Kopplungen der Konvektionsströme im Erdmantel und im äußeren Erdkern zu den bekannten dekadischen Schwankungen der Erdrotation führen.

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